[elementor-template id="18070"]
خازن چیست ؟ انواع خازن ها ؟
خازن چیست ؟
خازن چیست :خازن ها قطعات الکترونیکی غیرفعال(Passive)
هستند که انرژی را به شکل بار الکتریکی ذخیره می کنند. خازن دارای دو صفحه فلزی
موازی است که توسط یک محیط غیر رسانا که معمولاً به نام دی الکتریک شناخته می شود
از هم جدا شده اند. برخی از نمونه های مواد دی الکتریک عبارتند از کاغذ، سرامیک، میکا و پلاستیک.
تاریخچه خازن
گئورگ فون کلست (۱۷۴۸-۱۷۰۰) ، یک دانشمند آلمانی بود که با وسایلی بسيار ساده آزمايش ميکرد. او يک بطري را پر از آب كرده بود و يك قطعه سيم را در آن گذاشته بود، سر بطري را بهوسيلهي چوب پنبه كاملاً مهر و موم كرده بود و سر سيم از چوب پنبه بيرون بود. او هر بار كه وسيلهاي باردار را با سيم تماس ميداد، مشاهده ميكرد كه بار آن جسم تخليه ميشود و هر بار كه سر سيم را لمس ميكرد، تكاني در دستش حس ميكرد كه نشان ميداد بارهاي الكتريكي به داخل بطري منتقل شده است. او بارهاي الكتريكي را مانند سيالي دانست كه از جسم باردار به داخل بطري منتقل ميشوند. البته کلست بعد از مدتی دیگر آزمایشاتِ خود را ادامه نداد و نتایج آنها را هم در جايي اعلام نکرد، زيرا تکانهايي که از بطري به دستش وارد ميشدند، گاهي اوقات بسيار شديد بودند و او را ترسانده بودند.
تقریباً همزمان با او، چنین آزمایشاتی را فرد ديگري بهنام پيترون موشنبرگ (۱۷۶۱-۱۶۹۲) نيز انجام ميداد. او در دانشگاه شهر ليدن واقع در کشور هلند تدريس ميکرد. سرانجام موشنبرگ بر خلاف کلست، نتايج تحقيقاتِ خود را منتشر کرد و نام ليدن، شهر محلِ اختراعِ خازن، روي آن باقي ماند. بطري ليدن قابليت باردار شدن و ذخيره كردن الكتريسيته براي انجام آزمايشهاي بعدي را دارا بود. با اتصال تعدادي از آن ها به وسيلهي سيم، جرقهي بسيار شديدي ايجاد ميشد كه براي كشتن يك حيوان كافي بود.
محاسبه ظرفیت خازن
به مقدار انرژی الکتریکی ذخیره شده در خازن ظرفیت خازن می گویند. هر چقدر این مقدار بیشتر باشد، انرژی بیشتری ذخیره سازی می شود. ظرفیت خازن با استفاده از دو رابطه زیر بر حسب ساختار و مقدار ولتاژ و بار روی آن بر حسب فاراد بیان می شود.
که در اینجا Q بار الکتریکی ، V ولتاژ، K ثابت دی الکتریک، اپسیلون(ε) ضریب گذردهی خلا و A و d نیز مساحت و فاصله دو صفحه از هم می باشد.
ساختار داخلی خازن ها و انواع خازن ها
ساختار خازن از صفحات هادی و عایق (دی الکتریک) درست شده است که در تشکیل این ساختار از موادی همچون آلمینیوم، روی، نقره برای صفحات و از کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم یا حتی هوا به عنوان عایق استفاده می شود که این امر باعث ایجاد دسته بندی های گوناگون خازن شده است.
مانند مقاومت ها، خازن ها در دو نوع اصلی وجود دارند: ثابت و متغیر. هر دو بر اساس اصول اولیه یکسانی عمل می کنند. یک خازن ثابت همانطور که از اسمش پیداست مقدار ثابتی دارد و نمی توان آن را تغییر داد. البته ظرفیت خازن متغیر قابل تغییر است.
درادامه ، خازن هایی را از دو دسته ذکر شده بررسی می کنیم.
[elementor-template id="19406"]
خازن های متغییر
اگر به کار بر روی رادیوهای قدیمی و سایر تجهیزات الکترونیکی قدیمی تر علاقه دارید، احتمالاً با خازن های متغیری برخورد کردِه اید که از هوا به عنوان دی الکتریک استفاده می کنند.
این خازنها به عنوان
خازنهای هسته هوا
نیز شناخته میشوند.
خازنهای هسته هوا با ثابت نگه داشتن یک مجموعه از صفحات در حالی که مجموعه دیگر به یک شفت دوار متصل میشوند، کار میکنند. چرخش شفت، ناحیه موثر صفحات را تغییر می دهد، بنابراین ظرفیت خازن را تغییر می کند. صفحات معمولاً از آلومینیوم ساخته می شوند تا از خوردگی جلوگیری شود.
این خازن ها (خارن های هسته هوا متغییر) در طیف وسیعی از دماها بسیار پایدار هستند و دارای تلفات نشتی کم هستند. نکته منفی این است که آنها بزرگ و حجیم هستند.
انواع دیگر خازنها میتوانند به همان ظرفیت در بستهبندی بسیار کوچکتر دست یابند (ولی ممکن است پایدار نباشند). متأسفانه، این نوع خازن ها این روزها به دلیل فناوری جدیدتر و تقاضای روزافزون برای کوچک شدن لوازم الکترونیکی، کمتر دیده می شوند.
دومین نوع متداول خازن متغیر
خازن های تریمر
است.
این مدل از طریق یک پیچ کوچک تنظیم می شوند که فاصله بین صفحات را تغییر می دهد که برای مدارهای تنظیم دقیق خوب هستند. بهتر است از یک ابزار غیر فلزی برای تنظیم این نوع خازن ها استفاده شود زیرا یک ابزار فلزی می تواند بر ظرفیت خازن تاثیر بگذارد و بدست آوردن مقدار مناسب را بسیار دشوار کند.توجه داشته باشید که این خازن ها بسته به کاربردشان می توانند از چندین دی الکتریک مختلف استفاده کنند.
برای خرید خازن از سایت آلیا الکترونیک به این صفحه مراجعه کنید.
انواع خازن های ثابت :
در مورد خازن های مقدار ثابت ، به جزئیات بیشتری درباره ی انواع دی الکتریک ها خواهیم پرداخت.
خازن های میکا
خازنهای میکا از صفحات فویل نازک (معمولاً آلومینیومی یا نقرهای) تشکیل شدهاند که به طور متناوب روی هم چیده میشوند تا دو صفحه خازن را تشکیل دهند. لایه نازکی از میکا صفحات را از یکدیگر جدا می کند.
این خازن ها بسیار پایدار هستند و ضریب دمایی خوبی دارند. معایب آن ها این است که معمولاً ظرفیت خازنی بالایی ندارند و می توانند از انواع دیگر گران تر باشند (به خاطر گران بودن نقزه). آنها عایق خوبی دارند و بنابراین می توانند در ولتاژهای بالاتر کار کنند. مقدار ظرفیت خازنی از 1پیکوفاراد تا حدود 0.1 میکروفاراد و بازه ی ولتاژ از 50 ولت تا 500 ولت متغیر است.
خازن های سرامیکی
این نوع خازن ها در دو نوع اصلی وجود دارند: تک لایه و چند لایه. خازن های سرامیکی (همراه با خازن های الکترولیتی) دردسترس ترین و محبوب ترین خازن ها هستند. ممکن است با خازن های کوچک گرد و دیسک مانند موجود در بسیاری از PCB ها آشنا باشید. این خازن های سرامیکی تک لایه هستند که از دو صفحه تشکیل شده اند که در بین آنها یک دی الکتریک سرامیکی وجود دارد. آنها اندوکتانس کم دارند، بنابراین می توانند در کاربردهای فرکانس بالا مورد استفاده قرار گیرند.
درجه بندی ولتاژ این نوع خازن ها از 50 تا 10000 ولت متغیر است.
مانند خازن های میکا، بسیاری از خازن های سرامیکی از چندین لایه متناوب از صفحات سرامیکی و فلزی تشکیل شده اند.. درست مانند نوع خازن تک لایه، ازپایداری بالایی برخوردارند. ظرفیت خازن آنها بسته به نوعشون از 0.25 پیکو تا 22 میکروفاراد است. همچنین ولتاژ متغییر 25 تا 200 ولت دارند.
بسیاری از خازن های SMD چند لایه سرامیکی هستند.
[elementor-template id="19024"]
خازن های الکترولیتی
دو نوع اصلی خازن های الکترولیتی وجود دارد: آلومینیوم و تانتالیوم.الکترولیت های آلومینیومی دارای یک خمیر شیمیایی (الکترولیت) هستند که فضای بین صفحات فویل آنها را پر می کند. هنگامی که ولتاژ اعمال می شود، یک واکنش شیمیایی، لایه ای از مواد عایق را روی صفحه مثبت تشکیل می دهد. از آنجایی که این فیلم بسیار نازک است، آنها می توانند مقدار خوبی از ظرفیت خازنی را در یک بسته کوچک قرار دهند. سپس فیلم و صفحات، قبل از قرار گرفتن در یک جعبه محافظ به شکل استوانه ای در می آیند. واکنش شیمیایی همچنین به این خازن ها قطبیت می دهد که باید به دقت رعایت شود. اگر از ولتاژ نامی فراتر رود یا جهت قطب معکوس شود، خراب می شود، بنابراین منبع AC را به خازن الکترولیتی وصل نکنید. هر دو خازن الکترولیتی آلومینیومی و تانتالیومی با علامت “+” یا “-” مشخص می شوند که نشان می دهد ولتاژ مثبت به کدام پایه وصل شود.الکترولیت ها نیز بد نشت می کنند، تحمل بدی دارند و اندوکتانس بالایی دارند. به همین دلیل، برای کاربردهای فرکانس پایین خوب هستند و در فرکانس های بالا کاربرد ندارند.همچنین اگر پتانسیل DC بسیار کمتر از ولتاژ نامی خازن باشد، نباید از آنها استفاده شود. مقدار ظرفیت معمولا از 0.1 تا 500000 میکروفاراد یا بیشتر متغیر است. از جمله کاربردها می توان به فیلترهای ریپل منبع تغذیه، کوپلینگ صوتی و بای پسینگ اشاره کرد.
برای خرید خازن از سایت آلیا الکترونیک به این صفحه مراجعه کنید.
خازن های تانتالیوم :
خازن های الکترولیتی تانتالیوم با پنتوکسید تانتالیوم ساخته می شوند و مانند همجنس های آلومینیومی خود پلاریزه می شوند. همچنین کوچکتر و پایدارتر هستند و کمتر از الکترولیت های آلومینیومی نشت می کنند. اندوکتانس این نوع خازن کمتر است و طول عمر بیشتری دارد. نکته منفی اینجاست که گران تر هستند و حداکثر ولتاژ و ظرفیت کمتری دارند. مانند الکترولیت های آلومینیومی، خازن های تانتالیومی می توانند منفجر شوند ویا در صورت معکوس شدن قطبیت، شعله ور شوند. آنها اغلب در سیستمهای سیگنال آنالوگ که فاقد نویز جریان بالا هستند (میتواند به آنها آسیب برساند) قرار می گیرند. سایر کاربردهای این نوع شامل مسدود کردن، بای پسینگ ، جداسازی و فیلتر کردن است. خازن های تانتالیوم برای کاربردهای فرکانس بالا خوب نیستند. مانند نسخه های آلومینیومی، اگر پتانسیل DC بسیار کمتر از ولتاژ نامی باشد، نباید از آنها استفاده شود.
خازن های فیلم پلاستیکی
این نوع خازنها جایگزین خازنهای کاغذی شدهاند، که در مورد آنها صحبت نمیکنیم.
انواع مختلفی از خازن های پلاستیکی رایج وجود دارد، از جمله فیلم پلی استر و فیلم پلی پروپیلن.
خازن های فیلم پلی استر:
خازن های فیلم پلی استر (با نام مستعار خازن های مایلار) از یک لایه پلی استر نازک به عنوان دی الکتریک خود استفاده می کنند تحمل آنها (معمولاً 5-10 درصد) به خوبی خازن های پلی پروپیلن نیست، اما پایداری دمایی خوبی دارند و ارزان هستند. خازن های فیلم پلی استر برای اهداف کوپلینگ و ذخیره سازی مناسب هستند. آنها اغلب در مدارهای صوتی و نوسانگر و مدارهای با فرکانس متوسط استفاده می شوند. مقادیر ظرفیت خازنی از 0.001 تا 10 µF متغیر است. محدوده ولتاژ از 50 تا 600 ولت است.
خازن های فیلم پلی پروپیلن :
خازن های فیلم پلی پروپیلن تحمل بالاتری نسبت به خازن های پلی استر دارند، بنابراین برای کاربردهایی که نیاز به تلرانس بیشتر دارند، از آنها به جای پلی استراستفاده کنید. مانند پلی استر، برای اهداف کوپلینگ و ذخیره سازی مناسب هستند، اما برای سرکوب نویز، مسدود کردن، بای پسینگ، فیلتر کردن و زمان بندی نیز مفید هستند. مقادیر ظرفیت خازنی از 0.001 تا حدود 0.47 میکروفاراد متغیر است. محدوده ولتاژ از 100 تا 600 ولت است.
نحوه خواندن ظرفیت خازن ها :
نحوه خواندن ظرفیت در خازن هایی که ظرفیت آن ها به صورت یک عدد سه رقمی نوشته می شود به این صورت است که اگر عدد 1 یا 2 رقمی بر روی بدنه این خازنها درج شده بود همان عدد مقدار ظرفیت خازن بر حسب pF (پیکو فاراد) ، و اگر عدد 3 رقمی بر روی بدنه آنها نوشته شده بود، دو رقم سمت چپ را می نویسیم و به تعداد رقم سمت راست صفر می گذاریم همانند مقاومت با این تفاوت که این مقدار برحسب پیکوفاراد بوده و حرف انگلیسی مقابل آن میزان درصد خطای این ظرفیت مشخص می کند.
برای خرید خازن از سایت آلیا الکترونیک به این صفحه مراجعه کنید.
[elementor-template id="17754"]